Моделирование диффузии меченых атомов, объёмного упорядочения и поверхностного переупорядочения в ГЦК-структурах кинетическим среднеполевым методом
В. Н. Безпальчук$^{1}$, Р. Козубски$^{2}$, А. М. Гусак$^{1}$
$^1$Черкасский национальный университет имени Богдана Хмельницкого, бульв. Шевченка, 81, 18031 Черкассы, Украина
$^2$M. Smoluchowski Institute of Physics, Jagiellonian University in Krakow, Lojasiewicza 11, PL-30-348 Krakow, Poland
Получена: 02.07.2017. Скачать: PDF
В работе рассматривается диффузия меченых атомов и процесс «химического» (атомного) упорядочения в двух бинарных системах с гранецентрированной кубической (ГЦК) структурой Ni$_{3}$Al и FePt с использованием среднеполевого кинетического метода (KMF), предложенного Ж. Мартаном в 1990 г. Для указанных систем использовались фиксированные значения парных энергий взаимодействия и энергий седловой точки, подобранные ранее путём сравнения моделирования методом Монте-Карло и экспериментальных данных. В моделировании диффузии меченых атомов, а также упорядочения их основной акцент направлен на сравнение энергий активации, а не предэкспонентных множителей кинетических коэффициентов. В общем случае модели среднего поля не могут правильно учитывать корреляционный эффект, который может быть существенным для диффузии меченых атомов, особенно для структур типа $В$2. Однако, по крайней мере, для ГЦК-структур, применение KMF к диффузии и упорядочению демонстрирует достаточно реалистичные результаты, качественно схожие с теми, которые получаются из кинетического метода Монте-Карло и в реальных экспериментах. Моделирование диффузии меченых атомов Ni и Al в системе Ni$_{3}$Al демонстрирует более быструю диффузию атомов Ni, чем Al, что связано с более лёгкой диффузией атомов Ni по собственной подрешётке в сверхструктуре типа $L1_{2}$-Ni$_{3}$Al. Также получены более высокая энергия активации для меченых атомов Al и её близкое значение к энергии активации кинетики упорядочения. Компьютерные эксперименты по кинетике упорядочения показали, что, в отличие от обменного механизма, при вакансионном механизме диффузии кинетика упорядочения по типу $L1_{2}$ описывается двумя временами релаксации. Моделирование прерывистого процесса приповерхностной переориентации моноатомных плоскостей Fe и Pt в тонкой плёнке FePt, в свою очередь, стало хорошим тестом для стохастического варианта KMF (SKMF). Тот факт, что введение стохастического шума оказалось необходимым для воспроизведения процесса поверхностной нуклеации, может свидетельствовать о корректности метода.
Ключевые слова: кинетический среднеполевой метод, диффузия меченых атомов, кинетика упорядочения, атомистическое моделирование, интерметаллиды.
PACS: 02.70.-c, 02.70.Uu, 34.10.+x, 64.60.Cn, 64.60.De, 66.10.cg
Citation: V. M. Bezpalchuk, R. Kozubski, and A. M. Gusak, Simulation of the Tracer Diffusion, Bulk Ordering, and Surface Reordering in F.C.C. Structures by Kinetic Mean-Field Method, Usp. Fiz. Met., 18, No. 3: 205—233 (2017), doi: 10.15407/ufm.18.03.205